正硅酸锂的制备与应用

简述

正硅酸锂是一种常作为锂离子导体材料的无机化合物，化学式为Li₄O₄Si，分子量为119.85，性状为白色固体粉末，常温常压下稳定。该物质具有较高的锂离子传输性能，能够极大的提高锂电池的循环稳定性和倍率性能[1]。

制备方法

以煤矸石为原料可以制得正硅酸锂，具体步骤为：煤矸石经煅烧活化，酸浸，抽滤，水洗和烘干预处理后，与碳酸锂按摩尔比n:n=1:3.8-4.2在溶剂中混匀，然后除去溶剂，所得固体混合料经煅烧即得。该方法以固体废弃物煤矸石为原料，降低了成本，所制得的正硅酸锂对CO的吸收效果较好[2]。

此外，以乙酸锂和正硅酸乙酯作为原料，去离子水和无水乙醇为溶剂，氨水作为催化剂，用溶胶凝胶法也可制备正硅酸锂粉末。当反应温度为80℃，pH值为7，加水量/无水乙醇量/TEOS的摩尔比=15:4:1时，制得的干凝胶，在700℃烧结2小时，得到的正硅酸锂粉末的晶粒平均粒径最小，约为50nm。研究发现，所用的PVA型号为PVA-124，当PVA浓度小于9%时，溶解温度为80℃，保温时间为2h时聚乙烯醇可以完全溶解。使用PVA-124作为凝胶剂，H₂O/Li₄O₄Si/PVA的质量比为15:10:1时，滴入表层含有少量硅油的双氧水中，可以获得较好的成球质量，对制得的凝胶球以2℃/mmin的升温速度，升至1000℃，保温2h，得到的小球的压碎强度最大[3]。

应用

正硅酸锂主要用于制备复合材料，进而用于吸附与电化学研究等。

（1）吸收CO的正硅酸锂材料的制备。使用气相法二氧化硅作为硅前驱体，与硝酸锂通过固相反应制备正硅酸锂，硝酸锂与二氧化硅的摩尔比为4:1，气相法二氧化硅加入到已溶解硝酸锂的无水乙醇中，并将混合物在一定温度下搅拌直至完全蒸发，随后在真空烘箱中干燥，然后在马弗炉中进行煅烧，煅烧后，将产物研磨成粉末。上述发明过程简单，操作条件易于控制，大大降低了制备成本，且所得材料具有出色的循环吸收稳定性[4]。

（2）储能技术领域的正硅酸锂复合材料的制备。正硅酸锂复合材料包括：作为内核的金属掺杂正硅酸锂，以及包覆于内核的碳层，其中，金属掺杂正硅酸锂的化学式为Li₄Si_1yX_yO₄，0<y≤0.2，X表示金属。上述正硅酸锂复合材料中应用于正极材料及锂电池材料中时，能够明显提高锂电池的首周充放电容量和循环性能[5]。

参考文献

[1]闫勇;黄学杰;田孟羽;李文超;石磊.正硅酸锂复合材料及其制备方法和应用与流程.

[2]许红亮,程维高,靳晓增,等.一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法:CN201210182366.6[P].CN102674383A.

[3]曹友东.湿化学法制备正硅酸锂小球的工艺研究[D].昆明理工大学,2014.

[4]赵明,姬国钊,范涵露,等.一种吸收CO的正硅酸锂材料及其制备方法:CN201810024215.5[P].CN108217668A.

[5]闫勇,黄学杰,田孟羽,等.正硅酸锂复合材料及其制备方法和应用:CN202011414147.7[P].CN112467122A.